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南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
系： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化
姓 名： 王吉鋒
學(xué) 號： 060104261
(用外文寫)
外文出處： Department of Engineering
Mechanics,US,Air force Academy
附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。
指導(dǎo)教師評語：
簽名：
年 月 日
注：請將該封面與附件裝訂成冊。
附件1：外文資料翻譯譯文
行星齒輪組和自動(dòng)變速器仿真設(shè)計(jì)課程
摘要:由于其獨(dú)特的能力,在一個(gè)非常緊的空間內(nèi)能提供各種各樣的齒輪傳動(dòng)比，隨處可見行星齒輪系統(tǒng)應(yīng)用于許多方面,從小型動(dòng)力螺絲刀到汽車自動(dòng)變速器。多功能的行星齒輪裝置的研究，經(jīng)常作為一個(gè)大學(xué)機(jī)械工程計(jì)劃的一部分。教材提供的典型地闡明了不同的行星齒輪組件之間是如何連接的。對行星齒輪裝置運(yùn)轉(zhuǎn)和能力的理解，可提高使用實(shí)際硬件或模擬，顯示組件如何向彼此相對運(yùn)動(dòng)。美國空軍學(xué)院工程力學(xué)系已經(jīng)開發(fā)出了一臺計(jì)算機(jī),用來模擬行星齒輪組和克萊斯勒42LE自動(dòng)變速箱。所謂PG-Sim ,用動(dòng)態(tài)模擬來補(bǔ)充靜態(tài)教科書的介紹。PG-Sim用于我們的很多課程中,評估數(shù)據(jù)清楚地顯示學(xué)生對其在視覺和互動(dòng)功能的欣賞。在本文中，我們提交一份對PG-Sim的概述，然后描述如何模擬課件來更方便的了解行星齒輪系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：行星齒輪組，克萊斯勒42LE，PG-Sim，動(dòng)畫的制作，課件
引言
行星齒輪組是一個(gè)巧妙的裝置,古羅馬人把它首先應(yīng)用在天文學(xué)的電腦上。最初看到行星齒輪組在美國的使用是在美國汽車使用的開端。例如，杜里埃電力公司于1897年在變速器上使用了一個(gè)行星齒輪組[2]。此外，在1904年行星齒輪被應(yīng)用于凱迪拉克3速，而且用于福特T型車2中很多年,直到1927年。1940年通用汽車Hydramatic 標(biāo)志著第一次使用液力偶合器與4速高速行星結(jié)合，完全自動(dòng)變速器[3]。“東西是如何工作的網(wǎng)站”（http://www.howstuffworks.com）闡明了“令人驚訝的傳動(dòng)件”,行星齒輪組，是變速器的關(guān)鍵, 其它的部件都是幫助行星齒輪組做它的工作。所有自動(dòng)變速箱依靠行星齒輪來傳遞功率和傳動(dòng)裝置。 此外，行星齒輪系統(tǒng)還應(yīng)用于許多其他領(lǐng)域,歸功于其獨(dú)特的能力在一個(gè)非常緊湊的空間內(nèi)可以提供多種齒輪傳動(dòng)比。
行星齒輪組在大學(xué)的動(dòng)力學(xué)和機(jī)械課程設(shè)計(jì)中被研究，通常在機(jī)械工程項(xiàng)目中被要求。自動(dòng)變速器是一個(gè)其應(yīng)用中很好的例子,每個(gè)人都對它很熟悉。事實(shí)上，參考[5] ,介紹了1940年Hydramatic作為單一全面的的研究案例，總結(jié)概括了他們的機(jī)械設(shè)計(jì)教科書。
對行星齒輪裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)和承載能力的理解，可提高使用實(shí)際硬件來顯示運(yùn)動(dòng)部件。此外，計(jì)算機(jī)模擬可以被自動(dòng)變速器中輸入或反應(yīng)端的花鍵,離合器遮住的行星齒輪部件可視化, 本文介紹一種利用計(jì)算機(jī)來模擬克萊斯勒42LE自動(dòng)變速箱。仿真，稱為PG-Sim,用來行星齒輪的模擬，發(fā)展于美國空軍學(xué)院工程力學(xué)系。 PG-Sim降低了在實(shí)際變速器中單個(gè)行星齒輪傳動(dòng)和復(fù)合行星齒輪組如何同時(shí)工作的理解。仿真應(yīng)用于我們的機(jī)械設(shè)計(jì)，汽車技術(shù)，和動(dòng)力學(xué)的課程中。只有傳動(dòng)裝置被模擬;沒有控制系統(tǒng)或液力偶合器的演示。更多關(guān)于克萊斯勒42LE信息，請參閱貝特霍爾德和雷丁格SAE的文件[6]。
圖1. 用戶界面,逆向模擬表明,行星齒輪組是如何相互作用的
從教學(xué)的角度來看，PG-Sim增加了象征性到學(xué)習(xí)環(huán)境中。當(dāng)與其他教學(xué)方法結(jié)合使用時(shí)，它促進(jìn)了科爾布循環(huán)完成導(dǎo)航. PG-Sim中特殊的方式增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的進(jìn)程，以及評估數(shù)據(jù)表明了模擬在課堂上的作用,包含在下面詳細(xì)的說明中。仿真最初靈感來自于一個(gè)高級別的課程設(shè)計(jì)作為長學(xué)期任務(wù)的一部分來開發(fā)自動(dòng)變速器教學(xué)演示課件。作者采取了軍校學(xué)生建議的方法。我們首先描述了模擬，然后討論它是如何協(xié)助行星齒輪傳動(dòng)在實(shí)際變速器的設(shè)計(jì)。
模擬
模擬的目的是為了演示一個(gè)簡單的行星齒輪的運(yùn)作過程，并闡明其在實(shí)際應(yīng)用中的功用---自動(dòng)變速器。模擬相對于僅僅提供一些介紹的教科書有很多的優(yōu)勢。一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)是指PG-Sim是動(dòng)態(tài)的，它顯示了移動(dòng)部件。目前的教科書通常介紹傳輸線路圖，表明各部件是如何連接的，而不是它們的相對運(yùn)動(dòng)。此外，PG-Sim是互動(dòng)的，高度可視化，并闡述了一個(gè)真實(shí)環(huán)境的應(yīng)用。這些PG-Sim特征的具體的教學(xué)優(yōu)勢，將在下面更加詳細(xì)的討論。 圖1顯示了用戶界面，音頻視頻交錯(cuò)（AVI）文件通過點(diǎn)擊某些特定命令按鈕而激活。其他陳列的命令按鈕為攝影專家聯(lián)合小組（JPEG格式）文件提供解釋，例如，齒輪運(yùn)動(dòng)學(xué)和克萊斯勒42LE傳輸，見圖2。在用戶界面的左下角的命令按鈕是用來激活簡單行星齒輪的模擬。一個(gè)行星齒輪組是由一個(gè)太陽輪和幾個(gè)行星齒輪組成的。這顆行星齒輪安裝在載體上。 學(xué)生可以檢查占支配的行星裝置運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,見圖3。曾經(jīng)有模擬單一行星裝置的運(yùn)轉(zhuǎn),用戶
圖2. 簡單行星齒輪組的運(yùn)動(dòng)學(xué)發(fā)展
圖3.行星齒輪組件規(guī)則
圖4. 簡單行星齒輪組模擬
選擇一個(gè)太陽輪,行星輪或行星架來驅(qū)動(dòng)或推進(jìn)齒輪,并且用另外一個(gè)不同的元件來驅(qū)動(dòng)或輸出設(shè)備。第三部分，默認(rèn)情況下，是持有或固定部分。根據(jù)用戶選擇不同的輸入和輸出部件,可以進(jìn)行6個(gè)不同組合的模擬。這6個(gè)組合，每個(gè)都產(chǎn)生不同的齒輪傳動(dòng)比，并決定著系統(tǒng)是否提供前進(jìn)檔還是倒車檔。圖4顯示了6個(gè)模擬中其中一個(gè)簡單行星齒輪組裝置。
沿界面的右側(cè)是命令按鈕，用來激活42LE自動(dòng)變速器的模擬，用戶為五個(gè)齒輪傳動(dòng)比中的每一個(gè)來選擇三個(gè)單選按鈕中的一個(gè)。圖5顯示了一種模擬的倆個(gè)視圖。在圖5中，我們看到的42LE變速器外部的模擬，顯示了輸入或倒退的五個(gè)齒條。前三個(gè)齒條，在左邊，是輸入齒條和一個(gè)或一個(gè)以上的扭矩轉(zhuǎn)換器的速度轉(zhuǎn)變。也就是說，輸入端齒條通過液力變矩器和液力偶合器接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)的能量。該齒條連接到復(fù)合的行星齒輪組元件上。倒檔的齒條，在圖5中黑暗的灰色所示。在扭矩轉(zhuǎn)換器那轉(zhuǎn)變速度來實(shí)現(xiàn)倒檔，最右側(cè)的兩個(gè)齒條，來承受行星裝置元件。圖5顯示了“ L / R輸入''（低/反向）的深灰色齒條表明，對于扭轉(zhuǎn)，這樣的齒條可以承受。隨著模擬的發(fā)展，一些外花鍵的部分變得透明，從而揭示了復(fù)合行星齒輪內(nèi)部的組成，見圖5底部視圖。
第二種類型的模擬是通過選擇第二個(gè)單選按鈕來啟動(dòng)的,能模擬任何42LE變速器傳動(dòng)裝置。圖1顯示了扭轉(zhuǎn)，作為一個(gè)例子。在這個(gè)模擬中,顯示了兩個(gè)相互配合的42LE行星齒輪組的互動(dòng)演示。第三個(gè)單選按鈕顯示了每個(gè)42LE變速器齒輪的JPEG文件,解釋了齒輪傳動(dòng)比，見圖6。因此，對于四個(gè)前進(jìn)檔和四個(gè)倒檔的齒輪的42LE變速器，用戶可以選擇兩種不同的模擬（圖1和5顯示扭轉(zhuǎn)這些）和對特定齒輪傳動(dòng)比計(jì)算的解釋（見圖6）。最后，在界面底部的那較小的42LE小組的命令按鈕提供了一些自動(dòng)變速器的其他信息。迸發(fā)的命令按鈕激活一個(gè)模擬，通過拆卸元件顯示了如何把適合的傳動(dòng)部件連接在一起。42LE按鈕提供了超前的變速器的運(yùn)動(dòng)學(xué)概況以及齒輪傳動(dòng)比的結(jié)論。
對于42LE變速器的每一檔,是通過使用Autodesk InventorTM（網(wǎng)址為http://www.igsd.gov.hk autodesk.com）和克萊斯勒車型上提供的圖紙為基礎(chǔ)來建模的。其他元件通過發(fā)明者利用實(shí)際的硬件而制成的測量儀器來近似的建模的。組裝的元件傳送到MSC visualNastran,來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬。仿真結(jié)果被保存為avi文件,使用Microsoft Visual Basic來激活用戶界面。
圖5. 逆向的模擬
如何增強(qiáng)PG-SIM學(xué)習(xí)的進(jìn)程
一個(gè)多層面的學(xué)習(xí)環(huán)境
這個(gè)已經(jīng)很確定了，不同的學(xué)生以不同的方式學(xué)習(xí)[11,12]。如前所述，PG-SIM提供的學(xué)習(xí)環(huán)境具有以下特點(diǎn)：（1）動(dòng)態(tài)，相互調(diào)整來顯示它們之間的相互關(guān)聯(lián)，（2）高度的可視化，（3）互動(dòng)，有25個(gè)不同的東西，學(xué)生可以讓PG-SIM來做，（4）基于現(xiàn)實(shí)世界的設(shè)備，目前42LE使用在大量的克萊斯勒汽車上。這些不同的特點(diǎn)，讓不同方式學(xué)習(xí)的學(xué)生找到他們自己最合適的定位。Felder特別倡導(dǎo)這種類型的學(xué)
圖6. 倒檔和傳動(dòng)比的解釋
習(xí)經(jīng)驗(yàn)當(dāng)他建議跨越學(xué)習(xí)風(fēng)格譜教學(xué)時(shí)。在PG-SIM的事例中，那些真正在學(xué)習(xí)的學(xué)生,例如,就會(huì)有很多機(jī)會(huì)來使用該軟件?，F(xiàn)實(shí)世界的實(shí)際應(yīng)用顯示PG-SIM能夠在特定的學(xué)生群體中增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。交互性和動(dòng)態(tài)性的PG-SIM創(chuàng)建了一個(gè)積極的學(xué)習(xí)環(huán)境，同樣吸引了多種類型的學(xué)生。
PG-SIM在科爾布周期
科爾布模型描述了一個(gè)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)增長的完整的周期[7]。因此，我們的目標(biāo)，就是構(gòu)建學(xué)習(xí)活動(dòng)來完全繼續(xù)圍繞這個(gè)周期，為充分理解掌握提供最大的機(jī)會(huì)。這一模式已被廣泛用于評價(jià)和改進(jìn)工程教學(xué)中[8,13,15]。這個(gè)周期如圖7所示。該科爾布模型的波動(dòng)對學(xué)習(xí)和理論概括強(qiáng)調(diào)從普通到平衡擺的模式。學(xué)習(xí)工具，如互動(dòng)性，動(dòng)態(tài)模擬，強(qiáng)調(diào)與傳統(tǒng)的教學(xué)模式如講課分析理論原理的平等性。
特別的，PG-SIM強(qiáng)調(diào)了周期的三個(gè)部分：（1）生動(dòng)的試驗(yàn)方法,（2）抽象的假設(shè)和概念化，以及（3）反射觀察。PG-SIM加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的生動(dòng)性,只要通過讓學(xué)生采用現(xiàn)有的各種模擬。在許多情況下它已經(jīng)表明，學(xué)生將會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間使用多媒體內(nèi)容當(dāng)他們將不使用文字時(shí)。通過在分析齒輪傳動(dòng)比方面提供詳細(xì)的資料來降低對摘要里一些抽象概念的理解。雖然這些資料也很有可能包括在教科書中，但是將其列入PG-SIM加強(qiáng)了理論與現(xiàn)實(shí)世界中的模擬情況的聯(lián)系。
圖7. 科爾布周期
PG-SIM在工程力學(xué)上的應(yīng)用
我們在三門課程中使用PG-SIM：動(dòng)力學(xué)，機(jī)械設(shè)計(jì)，以及汽車技術(shù)。在所有三門課程中，教授和學(xué)生都表示，仿真是非常有益的。在動(dòng)力學(xué)，PG-SIM非常適合于專門討論相對運(yùn)動(dòng)過程中的部分。相對運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)比推導(dǎo)見圖二。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，PG-SIM的使用伴隨著齒輪傳動(dòng)鏈上的材料。大多數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)教科書有特定的部分致力于行星輪系和PG-SIM材料可以與教科書的部分聯(lián)合使用。在我們的汽車技術(shù)的過程中，PG-SIM用來為自動(dòng)變速箱技術(shù)提供詳細(xì)的資料。
評估PG-SIM
我們已經(jīng)用兩種方式對PG-SIM軟件進(jìn)行了評估。首先，我們咨詢了使用過模擬的教授們對該產(chǎn)品的意見。第二，我們調(diào)查了那些使用過PG-SIM學(xué)生的觀點(diǎn)。教授們的反饋信息非常積極。他們評論說，該軟件構(gòu)造的很好,易于使用，而且在改善學(xué)習(xí)環(huán)境方面是一個(gè)非常有用的工具。此外，我們已經(jīng)收到關(guān)于如何有效地使用軟件的一些想法,包括軟件的使用與動(dòng)手操作相結(jié)合,和使用軟件來驗(yàn)證作業(yè)的解決方案。
學(xué)生評估數(shù)據(jù)來自于在2002年春季使用過該軟件的42位學(xué)生的兩部分調(diào)查。該調(diào)查的第一部分提出了一系列7個(gè)問題的簡短的回答。第二部分要求在9種類別中進(jìn)行評級。
結(jié)論
一個(gè)行星齒輪系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真, PG-SIM,已經(jīng)發(fā)展到了可以互動(dòng),可視化,動(dòng)態(tài)演示行星齒輪裝置的具體運(yùn)轉(zhuǎn)。復(fù)合行星輪系在現(xiàn)實(shí)世界中的一個(gè)應(yīng)用就是克萊斯勒42LE五檔變速器。 PG-SIM是一個(gè)強(qiáng)大的工具,它補(bǔ)充了在機(jī)械設(shè)計(jì)和動(dòng)力學(xué)教科書中找到的介紹。評估數(shù)據(jù)表明,機(jī)械工程系的學(xué)生在改善重要裝置動(dòng)態(tài)特性方面很欣賞。